燃氣透平廢熱鍋爐省煤器和過熱器更新改造總結

李 強

(中海石油化學股份有限公司 海南東方 572600)

中海石油化學股份有限公司海南基地富島一期合成氨裝置采用英國ICI-AMV生產工藝，以天然氣為原料，設計合成氨生產能力為1 000 td。該裝置中的燃氣透平廢熱鍋爐由意大利MACCHI公司制造并成套引進，主要由省煤器、汽包、水冷壁、過熱器等組成，用于生產壓力為11.2 MPa、溫度為513 ℃的高壓過熱蒸汽，設計生產能力為100 th。

該燃氣透平廢熱鍋爐自1996年5月1日點火運行至今已22年，其流程示意如圖1所示。

圖1 燃氣透平廢熱鍋爐流程示意

1 省煤器和過熱器簡介

1.1 省煤器

省煤器安裝在燃氣透平廢熱鍋爐尾部，利用尾部煙道內的煙氣余熱加熱鍋爐給水，起到回收煙氣余熱、降低排煙熱損失、提高鍋爐給水溫度的效果，加熱后的鍋爐給水送入鍋爐水冷壁。省煤器部分技術參數如表1所示。

1.2 過熱器

過熱器安裝在爐膛出口，其主要作用是將飽和高壓蒸汽加熱至規定的溫度。過熱器部分技術參數如表2所示。

表1 省煤器部分技術參數

表2 過熱器部分技術參數

2 存在的問題

2.1 省煤器存在的問題

省煤器一旦出現重大泄漏，蒸汽管網的蒸汽供需無法平衡，將造成全裝置停車，且所需的恢復時間較長。在運行過程中，省煤器存在的主要問題如下。

(1)省煤器不同部位多次發生泄漏：2010年11月，省煤器低點排放導淋管斷裂，導致全裝置停車；2011年1月，省煤器南側自西向東第3根換熱管光管部位發生穿孔泄漏，導致全裝置停車。省煤器泄漏部位如圖2所示。

圖2 省煤器泄漏部位示意

(2)省煤器翅片管結垢嚴重，尤其是內部排管翅片結垢較多且無法清理，同時部分翅片發生脫落，嚴重影響鍋爐給水的換熱效果。省煤器翅片管結垢情況如圖3所示。

圖3 省煤器翅片管結垢情況

(3)省煤器材質出現老化。

2.2 過熱器存在的問題

過熱器存在的主要問題如下。

(1)如圖4所示，過熱器出現嚴重變形，特別是彎曲、傾斜變形較嚴重，管束上下呈S形，已無法檢修恢復。

圖4 過熱器變形示意

(2)過熱器材質劣化較嚴重，母材珠光體有傾向性球化，球化級別為3級。

(3)經評估，換熱效率只有91.47%。

3 改造措施

3.1 省煤器更新改造

(1)省煤器整體更換。省煤器原由意大利MACCHI公司制造，本次更換采用國產設備。

(2)底部箱體增設導淋，正常運行時全開，便于對泄漏情況的檢查。

3.2 過熱器更新改造

(1)過熱器整體更換，新過熱器仍由意大利MACCHI公司按原尺寸制造。

(2)過熱器不銹鋼支撐管由2 mm增大至4 mm，強度增加70%。

(3)原設計右側聯箱管由2段組成，長度均為3 925 mm，中間只有1只封頭隔斷。新設計右側聯箱管由3段組成，長度分別為2 633、2 633和2 584 mm。

4 更新改造施工

燃氣透平廢熱鍋爐省煤器和過熱器更換安排在2018年3月大修期間完成，檢修時間35 d，包括原設備的移除及新設備的安裝。

省煤器的施工過程大致包括：①拆除舊省煤器外部連接管線、電氣儀表附件及障礙物；②由于燃氣透平廢熱鍋爐西側無障礙物，而東側工藝管線較多，故將舊省煤器從燃氣透平廢熱鍋爐西側吊出；③將新省煤器從燃氣透平廢熱鍋爐西側吊入；④省煤器外部連接管線、電氣儀表附件及障礙物安裝恢復；⑤化學清洗、水壓試驗、空氣吹掃等工作。

過熱器的施工過程大致包括：①拆除舊過熱器外部連接管線、電氣儀表附件及障礙物；②新過熱器筑爐及電熱處理；③燃氣透平廢熱鍋爐西側外部雖然沒有障礙物，但過熱器正對部位爐膛內有水冷壁，只能切割工藝管線從東側吊出，但由于換熱管坍塌及變形嚴重而無法整體吊出，只能采取一根根切割的方法取出；④爐膛內過熱器底部重新澆筑耐火材料，將新過熱器從燃氣透平廢熱鍋爐東側平行推入；⑤過熱器外部連接管線、電氣儀表附件及障礙物安裝恢復；⑤水壓試驗、空氣吹掃。

安裝工作結束后，鍋爐點火煮爐和烘爐。煮爐的目的是為了除去鍋爐中的油脂和雜物，并在金屬表面形成一層耐蝕性保護膜。烘爐的目的是為了除去耐火材料中的物理水和結晶水，防止耐火材料發生脆裂，以保證鍋爐安全運行。烘爐曲線如圖5所示。

圖5 烘爐曲線

5 改造后運行情況

燃氣透平廢熱鍋爐省煤器和過熱器更新改造工作按檢修方案和計劃時間完成了施工，更新改造安裝過程安全、質量過關，實現鍋爐更新改造后一次點火成功并穩定運行。

如表3所示：省煤器更新改造后，省煤器出口給水溫度提高了6.1 ℃，達到了設計指標要求；省煤器出口煙氣溫度下降了20.0 ℃，優于設計指標要求，說明省煤器換熱效果較好，熱量得到充分利用。從整體來看，更新改造后的省煤器換熱效果良好，達到各項技術指標要求。

表3 省煤器更換前后部分運行參數對比

如表4所示，過熱器更新改造后，在同一負荷下，天然氣耗量減少740 m3h，所產高壓蒸汽也減少8.1 th，其原因是轉化系統在本次大修時也對第1廢熱鍋爐和高壓蒸汽預過熱器進行了更新改造，高壓蒸汽產量提高，從而可以降低燃氣透平廢熱鍋爐的負荷。從整體來看，過熱器換熱效果良好，達到各項技術指標要求。

表4 過熱器更換前后部分運行參數對比

6 結語

燃氣透平廢熱鍋爐省煤器和過熱器更新改造后，解決了設備材質劣化問題。自一次開車成功運行以來，目前各參數指標正常，運行狀況良好；由于高壓蒸汽產汽量調整富余量大，蒸汽管網抗波動能力增強，對裝置的安全、穩定、長周期運行非常有利。